JP2003172503A - 流体吹き出しノズル - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】吹き出し流量が大幅に変更されても、吹き出し
流速を過大にせず、またノズル全体に渡って適切な圧力
損失を持たせ、吹き出しの安定性が保て、複数のノズル
が存在する場合には、各ノズル吹き出し量の均一性が保
てる流体吹き出しノズルを提供する。 【解決手段】発電用ガスタービンにガスを供給する統合
型ガス化炉であって、流動する粒子層中で石炭をガス化
するガス化室とガス化室と一体に構成され粒子を加熱す
るチャー燃焼室とを備える統合型ガス化炉用流体吹き出
しノズルにおいて、流体を粒子層Ｒに吹き出す吹き出し
部７１であって、流体に対して第１の流れ抵抗を有する
吹き出し部と、吹き出し部よりも上流に配置され、第１
の流れ抵抗よりも常に大きい第２の流れ抵抗を有する絞
り部６４とを備え、吹き出し部には１組の吹き出し孔６
３が形成されており、１組の吹き出し孔に対して絞り部
が１個設けられている流体吹き出しノズルとする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、発電用ガスタービ
ンにガスを供給するための統合型ガス化炉であって、流
動する粒子層中で石炭をガス化するガス化室と当該ガス
化室と一体に構成され前記粒子を加熱するチャー燃焼室
とを備える統合型ガス化炉用流体吹き出しノズルに関す
る。

【０００２】

【従来の技術】発電用ガスタービンにガスを供給するた
めの統合型ガス化炉は、流動する粒子層中で石炭をガス
化するガス化室と当該ガス化室と一体に構成され前記粒
子を加熱するチャー燃焼室とを備える。この統合型ガス
化炉用の従来の流体吹き出しノズルは、吹き出しの安定
化のため、吹き出し部の流路面積を絞り、吹き出し流速
を大きくすることで、圧力損失を持たせている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】前述の統合型ガス化炉
の流動する粒子層中に、流体を吹き込むノズルは、吹き
出し速度が大き過ぎるとノズル周辺に近接する部品（例
えば、他のノズル、伝熱チューブ、炉床耐火物等）に対
し、ブラスト効果でダメージを与える恐れがある。

【０００４】しかし、流速を下げると適当な圧力損失を
持たせることができず、吹き出しの安定性が不十分とな
り、複数のノズルが存在する場合には、各ノズル吹き出
し量の均一性が不十分となる恐れが生じる。

【０００５】そこで本発明は、発電用ガスタービンにガ
スを供給する統合型ガス化炉の流動する粒子層中に流体
を吹き込むノズルであって、吹き出し流量が大幅に変更
されても、吹き出し流速を過大にせず、またノズル全体
に渡って適切な圧力損失を持たせ、吹き出しの安定性が
保て、複数のノズルが存在する場合には、各ノズル吹き
出し量の均一性が保てる流体吹き出しノズルを提供する
ことを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【０００６】上記目的を達成するために、請求項１に係
る発明による流体吹き出しノズルは、図１に示すよう
に、発電用ガスタービンにガスを供給するための統合型
ガス化炉であって、流動する粒子層中で石炭をガス化す
るガス化室と前記ガス化室と一体に構成され前記粒子を
加熱するチャー燃焼室とを備える統合型ガス化炉用流体
吹き出しノズルにおいて；流体ｘを粒子層Ｒに吹き出す
吹き出し部７１であって、流体ｘに対して第１の流れ抵
抗を有する吹き出し部７１と；吹き出し部７１よりも上
流に配置され、前記第１の流れ抵抗よりも常に大きい第
２の流れ抵抗を有する絞り部６４とを備え；吹き出し部
７１には１組の吹き出し孔６３が形成されており、１組
の吹き出し孔６３に対して絞り部６４が１個設けられて
いる。

【０００７】このように構成すると、吹き出し部７１
と、絞り部６４とを備えるので、粒子層Ｒと接する吹き
出し部７１ではなく、吹き出し部７１より上流に配置さ
れた絞り部６４で、吹き出し部７１の圧力損失よりも常
に大きな圧力損失を持たせることにより、吹き出し流量
が大幅に変更されても吹き出し部７１から粒子層内への
吹き出し流速を過大にすることがないようにし、且つ流
体吹き出しノズル６１での適正な圧力損失を確保するこ
とが可能となる。よって、流体吹き出しノズル６１から
の安定した吹き出しを確保でき、また、流体吹き出しノ
ズル６１が複数の場合は、各流体吹き出しノズル６１か
らの均一な吹き出しを確保できる。

【０００８】１組の吹き出し孔６３は１個の孔であって
もよいが、複数例えば２個異なる方向に流体が吹き出さ
れるように形成されていてもよい。流れ抵抗の大小は、
所定の流体流れ中に配設したときに流体に与える圧力損
失を比較し、その大小で判断する。第１の流れ抵抗より
も第２の流れ抵抗が常に大きいとは、絞り部６４の流れ
抵抗が可変であっても、その流れ抵抗が第１の流れ抵抗
よりも小さくなることがないことをいう。流体ｘは典型
的には気体である。なお、絞り部６４は、可変オリフィ
スであっても、固定オリフィスであってもよいが、典型
的には後者である。

【０００９】請求項２に係る発明による流体吹き出しノ
ズル６１は、請求項１に記載の流体吹き出しノズルにお
いて、図１に示すように、絞り部６４が固定オリフィス
である。

【００１０】このように構成すると、絞り部６４が固定
オリフィスであるので、単純な構造で大きな流れ抵抗を
容易に発生させることができる。

【００１１】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態につい
て、図１を参照して説明する。図１は、本発明の流体吹
き出しノズル６１を備える、分散ノズル装置５１の部分
断面図である。分散ノズル装置５１は、複数の流体吹き
出しノズル６１（図中流体吹き出しノズル６１は１つの
み図示）と、流体吹き出しノズル６１が挿入される複数
の挿入孔５２（図中挿入孔５２は１つのみ図示）が形成
された分散板５３を含んで構成される。分散板５３は、
分散ノズル装置５１が組み込まれる後述の統合型ガス化
炉１の各室２、３、４、５の底部を形成する（図２参
照）。図中、分散板５３の上方には、流体吹き出しノズ
ル６１から吹き出される、流体としての、あるいは気体
としての流動化ガスｘによって、流動媒体の粒子が形成
する流動層である粒子層Ｒが存在している。

【００１２】流体吹き出しノズル６１は、一端６２Ａが
閉鎖され、不図示の他端から流動化ガスｘが供給される
管状の管状体６２と、管状体６２の一端６２Ａ近傍の外
周面６２Ｂに形成された一対の吹き出し孔としての貫通
孔６３と、管状体６２の内周面６２Ｃに密着して取り付
けられ、絞り部としての固定オリフィス６４が形成され
た板状体６５とを含んで構成される。貫通孔６３と固定
オリフィス６４の形状は円形である。管状体の一端６２
Ａを含む、貫通孔６３が形成されている管状体６２の先
端部分は本発明の吹き出し部７１を構成する。吹き出し
部７１の貫通孔６３は、互いに対向する位置に配置さ
れ、各々の貫通孔６３を流れる流量が等しくなるよう対
称に配置されている。

【００１３】流動化ガスｘは、図中下から上へ向かう方
向、すなわち管状体６２の長手上方向（図中、Ｐ方向）
に流れ、管状体６２の内部へ供給される。流動化ガスｘ
は、固定オリフィス６４を通過し、次に貫通孔６３を通
過し、管状体６２の外部の粒子層Ｒへ向かって、前述の
Ｐ方向に直角な方向（図中、Ｑ方向）に吹き出される。
固定オリフィス６４は、貫通孔６３に対して流動化ガス
ｘの流れに関し上流側に配置されている。流動化ガスｘ
が固定オリフィス６４を通過することにより第２の流れ
抵抗が発生し、流動化ガスｘが貫通孔６３を通過するこ
とにより第１の流れ抵抗が発生する。第２の流れ抵抗
は、常に（流動化ガスｘ流量が変動しても）第１の流れ
抵抗に比べて大きな値となるよう（流量がゼロの場合を
除く）、貫通孔６３の径および固定オリフィス６４の
径、すなわち貫通孔６３の流路面積および固定オリフィ
ス６４の流路面積が決められている。

【００１４】板状体（したがって固定オリフィス）を含
まない従来の流体吹き出しノズルの場合で、例えば流体
吹き出しノズルが取り付けられた分散ノズル装置が組み
込まれた装置の運転パターンによって、大小２ケースの
流量を同一ノズルから供給する必要があるときがある。
このときは、大流量のケースに合わせて貫通孔の径（流
路面積）を定めると、小流量のケースでは、貫通孔の圧
力損失が小さくなりすぎ、複数の貫通孔の各吹き出し流
量の均一性が保てない場合がある。逆に、小流量のケー
スに合わせて貫通孔の径（流路面積）を定めると、大流
量のケースでは、貫通孔からの吹き出し流速が過大にな
り、近接する装置の部品にブラスト効果でダメージを与
える場合がある。

【００１５】本実施の形態の流体吹き出しノズル６１の
場合は、圧力損失（圧力抵抗）が生じる箇所を貫通孔６
３とするだけでなく、固定オリフィス６４でも圧力損失
（圧力抵抗）が生じるようにし、固定オリフィス６４で
の圧力損失が、貫通孔６３での圧力損失（圧力抵抗）よ
り常に大きくなるようにしている。よって、小流量のケ
ースに合わせて固定オリフィス６４の圧力損失（圧力抵
抗）を定め、且つ大流量のケースに合わせて貫通孔６３
からの吹き出し流速を定めることにより、小流量のケー
スにおいて各々の貫通孔６３での流量の均一性を保ち、
大流量のケースにおいて貫通孔６３からの吹き出し流速
が過大にならないようにすることができる。

【００１６】次に、図２を参照し、また適宜図１を参照
し、分散ノズル装置５１Ａ〜Ｆが組み込まれた統合型ガ
ス化炉１について説明する。図２は、発電ガスタービン
用の統合型ガス化炉１の基本構成を模式的に表したブロ
ック断面図である。

【００１７】図２に示す統合型ガス化炉１は、熱分解即
ちガス化、チャー燃焼、熱回収の３つの機能をそれぞれ
担当するガス化室２、チャー燃焼室３、熱回収室４を備
え、例えば全体が円筒形を成した炉体内に収納されてい
る。分散ノズル装置５１Ａ〜Ｆは、図１に示す分散ノズ
ル装置５１と同じ構成である。

【００１８】ガス化室２、チャー燃焼室３、熱回収室４
は仕切壁１１、１２、１３、１４、１５で分割されてお
り、それぞれの底部に流動媒体を含む濃厚層である流動
床が形成される。各室２、３、４の流動床、即ちガス化
室流動床、チャー燃焼室流動床、熱回収室流動床の流動
媒体を流動させるために、各室２、３、４の底である炉
底には、流動媒体中に流動化ガスｘを吹き込む分散ノズ
ル装置５１Ａ〜Ｆが設置されている。分散ノズル装置５
１Ａ〜Ｆの分散板５３Ａ〜Ｆは各室２、３、４の炉底部
を形成し、該分散板５３Ａ〜Ｆを広さ方向に複数配置し
ており（熱回収室４は分散板は１つ）、各室２、３、４
内の各部の空塔速度を変えるために、分散ノズル装置５
１Ａ〜Ｆの各分散板５３Ａ〜Ｆを通して吹き出す流動化
ガスｘの流速を変化させるように構成している。空塔速
度が室の各部で相対的に異なるので各室２、３、４内の
流動媒体も室２、３、４の各部で流動状態が異なり、そ
のため内部旋回流が形成される。図中、分散ノズル装置
５１Ａ〜Ｆに示す白抜き矢印の大きさは、吹き出される
流動化ガスｘの流速の大小を示している。例えば３ｂで
示す箇所の太い矢印は、３ａで示す箇所の細い矢印より
も流速が大きい。

【００１９】ガス化室２の下方には分散ノズル装置５１
Ａ、Ｂが設置され、分散板５３Ａ、Ｂは、ガス化室２の
炉底を形成する。チャー燃焼室３の下方には分散ノズル
装置５１Ｃ、Ｄ、Ｅが設置され、分散板５３Ｃ、Ｄ、Ｅ
は、チャー燃焼室３の炉底を形成する。但し、分散ノズ
ル装置Ｅは、沈降チャー燃焼室５に設置され、分散板５
３Ｅは沈降チャー燃焼室５の炉底を形成する。熱回収室
４の下方には分散ノズル装置５１Ｆが設置され、分散板
５３Ｆは、熱回収室４の炉底を形成する。図２に示すよ
うに、分散ノズル装置と分散板は、符号の末尾のアルフ
ァベットが一致するもの同士が対応する。

【００２０】ガス化室２とチャー燃焼室３の間は仕切壁
１１で仕切られ、チャー燃焼室３と熱回収室４の間は仕
切壁１２で仕切られ、ガス化室２と熱回収室４の間は仕
切壁１３で仕切られている（なお本図は、円筒形の炉を
平面的に展開して図示しているため、仕切壁１１はガス
化室２とチャー燃焼室３の間にはないかのように示され
ている）。即ち、別々の炉として構成されておらず、一
つの炉として一体に構成されている。更に、チャー燃焼
室３のガス化室２と接する面の近傍には、流動媒体が下
降するべく沈降チャー燃焼室５を設ける。即ち、チャー
燃焼室３は沈降チャー燃焼室５と、沈降チャー燃焼室５
以外のチャー燃焼室本体部とに分かれる。このため、沈
降チャー燃焼室５をチャー燃焼室の他の部分（チャー燃
焼室本体部）と仕切るための仕切壁１４が設けられてい
る。沈降チャー燃焼室５とチャー燃焼室の他の部分（チ
ャー燃焼室本体部）とは、同じ加圧下にある。また沈降
チャー燃焼室５とガス化室２は、仕切壁１５で仕切られ
ている。

【００２１】ここで、流動床と界面について説明する。
流動床は、その鉛直方向下方部にある、流動化ガスｘに
より流動状態に置かれている流動媒体（例えば珪砂）を
濃厚に含む濃厚層と、その濃厚層の鉛直方向上方部にあ
る流動媒体と多量のガスが共存し、流動媒体が勢いよく
はねあがっているスプラッシュゾーンとからなる。流動
床の上方即ちスプラッシュゾーンの上方には流動媒体を
ほとんど含まずガスを主体とするフリーボード部があ
る。本発明でいう界面は、ある厚さをもった前記スプラ
ッシュゾーンをいうが、またスプラッシュゾーンの上面
と下面（濃厚層の上面）との中間にある仮想的な面とと
らえてもよい。

【００２２】ガス化室２とチャー燃焼室３の間の仕切壁
１１は、炉の天井１９から炉底（散気装置の多孔板）に
向かってほぼ全面的に仕切っているが、下端は炉底に接
することはなく、炉底近傍に開口部２１が形成されてい
る。但しこの開口部２１の上端が、ガス化室流動床界
面、チャー燃焼室流動床界面のいずれの界面よりも上部
にまで達することはない。さらに好ましくは、開口部２
１の上端が、ガス化室流動床の濃厚層の上面、チャー燃
焼室流動床の濃厚層の上面のいずれよりも上部にまで達
することはないようにする。言い換えれば、開口部２１
は、常に濃厚層に潜っているように構成するのが好まし
い。即ち、ガス化室２とチャー燃焼室３とは、少なくと
もフリーボード部においては、さらに言えば界面より上
方においては、さらに好ましくは濃厚層の上面より上方
ではガスの流通がないように仕切壁１１により仕切られ
ていることになる。

【００２３】またチャー燃焼室３と熱回収室４の間の仕
切壁１２はその上端が界面近傍、即ち濃厚層の上面より
は上方であるが、スプラッシュゾーンの上面よりは下方
に位置しており、仕切壁１２の下端は炉底近傍までであ
り、仕切壁１１と同様に下端が炉底に接することはな
く、炉底近傍に濃厚層の上面より上方に達することのな
い開口部２２が形成されている。

【００２４】ガス化室２と熱回収室４の間の仕切壁１３
は炉底から炉の天井１９にわたって完全に仕切ってい
る。沈降チャー燃焼室５を設けるべくチャー燃焼室３内
を仕切る仕切壁１４の上端は流動床の界面近傍で、下端
は炉底に接している。仕切壁１４の上端と流動床との関
係は、仕切壁１２と流動床との関係と同様である。沈降
チャー燃焼室５とガス化室２を仕切る仕切壁１５は、仕
切壁１１と同様であり、炉の天井１９から炉底に向かっ
てほぼ全面的に仕切っており、下端は炉底に接すること
はなく、炉底近傍に開口部２５が形成され、この開口の
上端が濃厚層の上面より下にある。即ち、開口部２５と
流動床の関係は、開口部２１と流動床の関係と同様であ
る。

【００２５】ガス化室２に投入された石炭ａは流動媒体
から熱を受け、加圧下で熱分解、ガス化される。典型的
には、石炭ａはガス化室２では燃焼せず、いわゆる乾留
される。残った乾溜チャーは流動媒体と共に仕切壁１１
の下部にある開口部２１からチャー燃焼室３に流入す
る。このようにしてガス化室２から導入されたチャーは
チャー燃焼室３で加圧下で燃焼して流動媒体を加熱す
る。チャー燃焼室３でチャーの燃焼熱によって加熱され
た流動媒体は仕切壁１２の上端を越えて加圧下の熱回収
室４に流入し、熱回収室４内で界面よりも下方にあるよ
うに配設された層内伝熱管４１で収熱され、冷却された
後、再び仕切壁１２の下部の開口部２２を通ってチャー
燃焼室３に流入する。なお、加圧下とは、大気圧よりも
高い圧力であることを意味する。

【００２６】ここで、熱回収室４は本発明の統合型ガス
化炉１に必須ではない。即ち、ガス化室２で主として揮
発成分がガス化した後に残る主としてカーボンからなる
チャーの量と、チャー燃焼室３で流動媒体を加熱するの
に必要とされるチャーの量がほぼ等しければ、流動媒体
から熱を奪うことになる熱回収室４は不要である。また
前記チャーの量の差が小さければ、例えば、ガス化室２
でのガス化温度が高目になり、ガス化室２で発生するＣ
Ｏガスの量が増えるという形で、バランス状態が保たれ
る。

【００２７】しかしながら図に示すように熱回収室４を
備える場合は、熱回収室４における熱回収量を加減する
ことにより、チャー燃焼室３の燃焼温度を適切に調節
し、流動媒体の温度を適切に保つことができる。

【００２８】一方チャー燃焼室３で加熱された流動媒体
は仕切壁１４の上端を越えて沈降チャー燃焼室５に流入
し、次いで仕切壁１５の下部にある開口部２５からガス
化室２に流入する。

【００２９】ここで、各室間の流動媒体の流動状態及び
移動について説明する。ガス化室２の内部で沈降チャー
燃焼室５との間の仕切壁１５に接する面の近傍は、沈降
チャー燃焼室５の流動化と比べて強い流動化状態が維持
される強流動化域２ｂ（分散板５３Ｂに対応）になって
いる。全体としては投入された石炭ａと流動媒体の混合
拡散が促進される様に、場所によって流動化ガスｘの空
塔速度を変化させるのが良く、一例として図に示したよ
うに強流動化域２ｂの他に弱流動化域２ａ（分散板５３
Ａに対応）を設けて旋回流を形成させるようにする。

【００３０】チャー燃焼室３は中央部に弱流動化域３ａ
（分散板５３Ｃに対応）、周辺部に強流動化域３ｂ（分
散板５３Ｄに対応）を有し、流動媒体およびチャーが内
部旋回流を形成している。ガス化室２、チャー燃焼室３
内の強流動化域２ｂ、３ｂの流動化速度は５Umf以上、
弱流動化域２ａ、３ａの流動化速度は５Umf以下とする
のが好適であるが、弱流動化域２ａ、３ａと強流動化域
３ｂに相対的な明確な差を設ければ、この範囲を超えて
も特に差し支えはない。チャー燃焼室３内の熱回収室
４、および沈降チャー燃焼室５に接する部分には強流動
化域３ｂを配するようにするのがよい。また必要に応じ
て炉底には弱流動化域２ａ、３ａ側から強流動化域２
ｂ、３ｂ側に下るような勾配を設けるのが良い（不図
示）。ここで、Umfとは最低流動化速度（流動化が開始
される速度）を１Umfとした単位である。即ち、５Umfは
最低流動化速度の５倍の速度である。

【００３１】このように、チャー燃焼室３と熱回収室４
との仕切壁１２近傍のチャー燃焼室３側の流動化状態を
熱回収室４側の流動化状態よりも相対的に強い流動化状
態に保つことによって、流動媒体は仕切壁１２の流動床
の界面近傍にある上端を越えてチャー燃焼室３側から熱
回収室４の側に流入し、流入した流動媒体は熱回収室４
内の相対的に弱い流動化状態即ち高密度状態のために下
方（炉底方向）に移動し、仕切壁１２の炉底近傍にある
下端（の開口部２２）をくぐって熱回収室４側からチャ
ー燃焼室３の側に移動する。

【００３２】同様に、チャー燃焼室３の本体部と沈降チ
ャー燃焼室５との仕切壁１４近傍のチャー燃焼室本体部
側の流動化状態を沈降チャー燃焼室５側の流動化状態よ
りも相対的に強い流動化状態に保つことによって、流動
媒体は仕切壁１４の流動床の界面近傍にある上端を越え
てチャー燃焼室３本体部の側から沈降チャー燃焼室５の
側に移動流入する。沈降チャー燃焼室５の側に流入した
流動媒体は、沈降チャー燃焼室５内の相対的に弱い流動
化状態即ち高密度状態のために下方（炉底方向）に移動
し、仕切壁１５の炉底近傍にある下端（の開口部２５）
をくぐって沈降チャー燃焼室５側からガス化室２側に移
動する。なおここで、ガス化室２と沈降チャー燃焼室５
との仕切壁１５近傍のガス化室２側の流動化状態は沈降
チャー燃焼室５側の流動化状態よりも相対的に強い流動
化状態に保たれている。このことは流動媒体の沈降チャ
ー燃焼室５からガス化室２への移動を誘引作用により助
ける。

【００３３】同様に、ガス化室２とチャー燃焼室３との
間の仕切壁１１近傍のチャー燃焼室３側の流動化状態は
ガス化室２側の流動化状態よりも相対的に強い流動化状
態に保たれている。したがって、流動媒体は仕切壁１１
の流動床の界面より下方、好ましくは濃厚層の上面より
も下方にある（濃厚層に潜った）開口部２１を通してチ
ャー燃焼室３の側に流入する。

【００３４】チャー燃焼室３と熱回収室４とは、上端が
界面の高さ近傍にあり下端が濃厚層に潜った仕切壁１２
で仕切られており、仕切壁１２近傍のチャー燃焼室３側
の流動化状態が、仕切壁１２近傍の熱回収室４側の流動
化状態よりも強く保たれている。したがって、流動媒体
は仕切壁１２の上端を越えてチャー燃焼室３側から熱回
収室４側に流入移動し、また仕切壁１２の下端をくぐっ
て熱回収室４側からチャー燃焼室３側に移動する。

【００３５】また、チャー燃焼室３とガス化室２とは、
下端が濃厚層に潜った仕切壁１５により仕切られてお
り、仕切壁１５のチャー燃焼室３側には、上端が界面の
高さ近傍にある仕切壁１４と仕切壁１５を含む仕切壁で
画成された沈降チャー燃焼室５が設けられ、仕切壁１４
近傍のチャー燃焼室３本体部側の流動化状態が、仕切壁
１４近傍の沈降チャー燃焼室５側の流動化状態よりも強
く保たれている。したがって、流動媒体は仕切壁１４の
上端を越えてチャー燃焼室３の本体部側から沈降チャー
燃焼室５側に流入移動する。このように構成することに
より沈降チャー燃焼室５に流入した流動媒体は少なくと
もマスバランスを保つように、仕切壁１５の下端をくぐ
って沈降チャー燃焼室５からガス化室２に移動する。こ
のとき、仕切壁１５近傍のガス化室２側の流動化状態
が、仕切壁１５近傍の沈降チャー燃焼室５側の流動化状
態よりも強く保たれていれば、誘引作用により流動媒体
の移動が促進される。

【００３６】さらにガス化室２とチャー燃焼室３本体部
とは、下端が濃厚層に潜った第２の仕切壁１１で仕切ら
れている。沈降チャー燃焼室５からガス化室２に移動し
てきた流動媒体は、さきのマスバランスを保つように仕
切壁１１の下端をくぐってチャー燃焼室３に移動する
が、このとき、仕切壁１１近傍のチャー燃焼室３側の流
動化状態が、仕切壁１１近傍のガス化室２側の流動化状
態よりも強く保たれていれば、さきのマスバランスを保
つようにだけではなく、強い流動化状態により流動媒体
はチャー燃焼室３側に誘引され移動する。

【００３７】熱回収室４は全体が均等に流動化され、通
常は最大でも熱回収室に接したチャー燃焼室３の流動化
状態より弱い流動化状態となるように維持される。した
がって、熱回収室４の流動化ガスｘの空塔速度は０〜３
Umfの間で制御され、流動媒体は緩やかに流動しながら
沈降流動層を形成する。なおここで０Umfとは、流動化
ガスｘが止まった状態である。このような状態にすれ
ば、熱回収室４での熱回収を最小にすることができる。
すなわち、熱回収室４は流動媒体の流動化状態を変化さ
せることによって回収熱量を最大から最小の範囲で任意
に調節することができる。また、熱回収室４では、流動
化を室全体で一様に発停あるいは強弱を調節してもよい
が、その一部の領域の流動化を停止し他を流動化状態に
置くこともできるし、その一部の領域の流動化状態の強
弱を調節してもよい。

【００３８】ガス化室２の流動化ガスｘとして最も好ま
しいのは可燃ガスｂを昇圧してリサイクル使用すること
である。このようにすればガス化室２から出るガスは純
粋に石炭ａから発生したガスのみとなり、非常に高品質
のガスを得ることができる。それが不可能な場合は水蒸
気等、できるだけ酸素を含まないガス（無酸素ガス）を
用いるのが良い。ガス化の際の吸熱反応によって流動媒
体の層温が低下する場合は、必要に応じて無酸素ガスに
加えて、酸素もしくは酸素を含むガス、例えば空気を供
給して可燃ガスｂの一部を燃焼させるようにしても良
い。チャー燃焼室３に供給する流動化ガスｘは、チャー
燃焼に必要な酸素を含むガス、例えば空気、酸素と蒸気
の混合ガスを供給する。また熱回収室４に供給する流動
化ガスｘは、空気、水蒸気、燃焼排ガス等を用いる。

【００３９】本実施の形態の統合型ガス化炉１は、分散
ノズル装置５１Ａ〜Ｆを備えるので、分散板５３Ａ〜Ｆ
の流体吹き出しノズル６１から吹き出される流動化ガス
ｘの吹き出し流量が大幅に変更されても流動層Ｒ内への
流動化ガスｘの吹き出し流速を過大にすることがないよ
うにし且つ、流体吹き出しノズル６１での適正な圧力損
失を確保することが可能となり、よって、流体吹き出し
ノズル６１からの安定した吹き出しを確保できる。ま
た、複数の流体吹き出しノズル６１の各々から均一な吹
き出しを確保できる。したがって、安定した流動層Ｒを
各室２、３、４に形成することができる。流動化ガスｘ
の吹き出し流速を過大にすることがないので、他の流体
吹き出しノズル６１、電熱チューブ、炉床耐火物等に対
しブラスト効果で損傷を与えることがない。また、各室
２、３、４に起動時にのみ高温の流体を、定常運転時に
比べて大量に送り込み各室２、３、４の迅速な昇温を図
るケースにおいて、本実施の形態の統合型ガス化炉１
は、有用である。

【００４０】ガス化室２で発生した可燃ガスｂは、配管
１３０を介してトッピングコンバスタ５４に供給され、
チャー燃焼室３で発生した燃焼ガスｕは、配管１３１を
介してトッピングコンバスタ５４に供給される。配管１
３０中に、可燃ガスｂを除塵するサイクロンセパレー
タ、配管１３１中に、燃焼ガスｕを除塵するサイクロン
セパレータを設けてもよい。

【００４１】トッピングコンバスタ５４には、空気また
は酸素が供給され、供給された可燃ガスｂと燃焼ガスｕ
とが混合し、混合したガスが燃焼し高温ガスｒとなり、
高温ガスｒはガスタービン５５に供給され、ガスタービ
ンが駆動される。ガスタービン５５には、発電機５７が
接続されているので発電機５７が電力を発生し、エネル
ギが電力として回収される。

【００４２】本実施の形態の流体吹き出しノズル６１を
備える、分散ノズル装置５１Ａ〜Ｆが組み込まれた統合
型ガス化炉１は、小流量のケースに合わせて固定オリフ
ィス６４（図１参照）の圧力損失を定め、且つ大流量の
ケースに合わせて貫通孔６３（図１参照）からの吹き出
し流速を定めることにより、小流量のケースにおいて各
々の貫通孔６３での流量の均一性を保ち、各室２、３、
４で適切な流動層が形成されるようにし、大流量のケー
スにおいて貫通孔６３からの吹き出し流速が過大になら
ないようにし、流体吹き出しノズル６１に近接する装置
の部品に対するブラスト効果によるダメージを回避する
ことができる。

【００４３】統合型ガス化炉１では、ガス化室２にガス
化される石炭ａを投入する。したがって、起動時には不
図示の外付けの熱風発生炉からガス化室２になるべく大
量の熱風を供給し、まずガス化炉２の温度を可能な限り
速く上昇させ、ガス化室２を、石炭ａを投入可能な温度
にするのが通常である。ところが、ガス化室２は、石炭
ａをガス化する定常ガス化運転状態では、吸熱反応が中
心なので、ガス化室２での流動化状態は緩慢である。よ
って、ガス化室２への必要以上の流動化ガスの供給は、
全体プロセス効率低下になるので、定常ガス化運転状態
では、起動時の熱風の供給量に較べて小流量である。す
なわち、統合型ガス化炉１のガス化室２は、起動時は流
体吹き出しノズル６１からの熱風の吹き出し量は大流量
であり、定常ガス化運転状態では、流動化ガスの吹き出
し量は小流量である。したがって、定常ガス化運転状態
で、各流体吹き出しノズル６１から吹き出される流量の
均一性を保ち、各室２、３、４で適切な流動層が形成さ
れるようにし、起動運転時において各流体吹き出しノズ
ル６１の吹き出し流速が過大にならないようにすること
ができる。よって、統合型ガス化炉１では、起動時間を
短縮することが可能となり、短時間で発電機５７を駆動
するガスタービン５５の運転を開始し、電力を得ること
ができる。

【００４４】

【発明の効果】以上のように本発明によれば、吹き出し
部と、絞り部とを備えるので、粒子層と接する吹き出し
部ではなく、吹き出し部より上流に配置された絞り部
で、吹き出し部よりも常に大きな圧力損失を持たせるこ
とにより、吹き出し流量が大幅に変更されても吹き出し
部から粒子層内への吹き出し流速を過大にすることがな
いようにし、且つ流体吹き出しノズルでの適正な圧力損
失を確保することが可能となる。よって、流体吹き出し
ノズルからの安定した吹き出しを確保できる。また、流
体吹き出しノズルが複数の場合、各流体吹き出しノズル
からの均一な吹き出しを確保できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施の形態に係る分散ノズル装置の部
分断面図である。

【図２】本発明の実施の形態に係る統合型ガス化炉の基
本構成を模式的に表したブロック断面図である。

【符号の説明】

１ 統合型ガス化炉 ２ ガス化室 ３ チャー燃焼室 ４ 熱回収室 ５ 沈降チャー燃焼室 ５１ 分散ノズル装置 ５２ 挿入孔 ５３ 分散板 ５４ トッピングコンバスタ ５５ ガスタービン ５７ 発電機 ６１ 流体吹き出しノズル ６２ 管状体 ６３ 貫通孔 ６４ 固定オリフィス ７１ 吹き出し部 ａ 石炭 ｂ 可燃ガス Ｒ 粒子層（流動層） ｘ 流動化ガス

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 細田 修吾 東京都大田区羽田旭町11−１ 株式会社荏 原製作所内 (72)発明者 徳留 達夫 東京都大田区羽田旭町11−１ 株式会社荏 原製作所内 (72)発明者 青木 克行 東京都大田区羽田旭町11−１ 株式会社荏 原製作所内 (72)発明者 関川 真司 東京都大田区羽田旭町11−１ 株式会社荏 原製作所内 (72)発明者 橋本 裕 東京都大田区羽田旭町11−１ 株式会社荏 原製作所内 (72)発明者 長谷川 竜也 東京都大田区羽田旭町11−１ 株式会社荏 原製作所内 (72)発明者 両角 文明 東京都大田区羽田旭町11−１ 株式会社荏 原製作所内 Ｆターム(参考） 3K064 AB03 AD05 AE04 AE16 BA03 BA05 BA22

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 発電用ガスタービンにガスを供給するた
   めの統合型ガス化炉であって、流動する粒子層中で石炭
   をガス化するガス化室と前記ガス化室と一体に構成され
   前記粒子を加熱するチャー燃焼室とを備える統合型ガス
   化炉用流体吹き出しノズルにおいて；前記流体を前記粒
   子層に吹き出す吹き出し部であって、前記流体に対して
   第１の流れ抵抗を有する吹き出し部と；前記吹き出し部
   よりも上流に配置され、前記第１の流れ抵抗よりも常に
   大きい第２の流れ抵抗を有する絞り部とを備え；前記吹
   き出し部には１組の吹き出し孔が形成されており、前記
   １組の吹き出し孔に対して前記絞り部が１個設けられて
   いる；流体吹き出しノズル。
2. 【請求項２】 前記絞り部が固定オリフィスである、請
   求項１に記載の流体吹き出しノズル。